[發明專利]一種基于掃描圖像重建骨骼數字模型的方法及輔助工具

在審

• 申請號: 202111167766.5
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113920244A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 張帆
• 申請（專利權）人: 佛山市三水區人民醫院
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;B33Y50/02
• 代理公司: 佛山東平知識產權事務所(普通合伙) 44307
• 代理人: 龍孟華

本發明公開一種基于掃描圖像重建骨骼數字模型的方法及輔助工具，通過對輔助工具進行圖像掃描、圖像分割、模型重建獲得內層組件模型；將重建的內層組件模型導入逆向工程軟件或3D打印支持軟件中，計算出內層組件重建模型體積，內層組件重建模型體積除以原始內層組件體積得到整個技術流程造成的重建模型體積變化率；利用該重建模型體積變化率來校正重建骨骼數字模型的體積；可以準確了解每次掃描、模型重建體積增大比例，然后進行精確矯正，有效提高3D模型重建精度。經實驗驗證，與傳統的骨骼數字模型重建方法相比，通過本發明提供的方法重建獲得的骨骼數字模型與實際結構的絕對平均偏差值要比傳統方法小0.2?0.5mm。

技術領域

本發明涉及醫療器械技術領域，尤其涉及一種基于掃描圖像重建骨骼數字模型的方法及輔助工具。

背景技術

目前，3D打印在醫療上的應用方興未艾。常見的3D打印技術在醫療上的應用主要有：打印假體、植入物、模板、導板等等。3D打印技術在實現個體化設計方面有其不可替代的優勢。為實現個體化設計目標，這些技術往往離不開利用患者CT、MR圖像重建患者解剖結構（如骨骼）的3D數字模型。

如一篇公開號為CN107320221A的中國發明專利申請揭示一種基于3D打印的畸形膝關節骨骼模型制作方法，主要包括以下步驟：(1)對患者進行連續斷層CT掃描，獲得影像數據；(2)在醫學軟件Mimics中，進行閾值區分和二值化處理，得到單獨的股骨和脛骨蒙板數據，構建三維模型；(3)在逆向工程軟件中進行多邊形處理和精確曲面處理，得到NURBS曲面模型；(4)利用FDM成型3D打印技術打印1:1比例病理骨骼模型。

又如一篇公開號為CN110223391A的中國發明專利揭示一種骨骼的三維立體模型的3D打印方法及裝置。該方法包括：獲取目標數據，其中，目標數據是對患者的骨骼病變部位進行CT掃描或者MRI掃描而獲取的相關數據；依據目標數據，建立骨骼的三維立體模型；利用3D打印機對骨骼的三維立體模型進行打印。

然而，在現有技術中，重建的3D模型與實際的誤差相較于國際尺寸精度標準仍處于較粗糙水平，重建精度不能滿足高精度裝配要求，因而制約了3D打印技術的臨床應用。經本發明人研究發現，造成這種誤差的因素很多，如掃描設備品牌型號不同、CT、MR掃描的部分容積效應、掃描機器的尺寸誤差、特定的某次掃描參數的選擇、個體差異、體位因素等等。但最終結果往往導致重建模型比實際結構體積大，體積增大的比例依據具體解剖結構不同而不同，以髖骨為例，髖骨重建體積一般大5-15%，這種體積增大往往帶來重建模型與真實結構有較大的偏差。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種重建模型誤差小、重建精度高的基于掃描圖像重建骨骼數字模型的方法。

本發明還提供一種上述方法用到的輔助工具。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案。

一種基于掃描圖像重建骨骼數字模型的方法，其特征在于，包括以下步驟：1）制作輔助工具，該輔助工具包括內層組件和外層組件，內層組件嵌入或完全包埋在外層組件中；內層組件在CT灰度或磁共振弛豫時間上與目標解剖結構一致，外層組件在CT灰度或磁共振弛豫時間上與目標解剖結構外的人體組織一致；2）對目標解剖結構及輔助工具進行掃描得到圖像，然后采用相同技術路線對目標解剖結構及內層組件進行圖像分割、模型重建；3）將重建的內層組件模型導入逆向工程軟件或3D打印支持軟件中，計算出內層組件重建模型體積，重建模型體積除以原始內層組件體積得到整個技術流程造成的重建模型體積變化率；4）將重建的目標解剖結構模型導入逆向工程軟件或3D打印支持軟件中，測量目標解剖結構重建模型體積，目標解剖結構重建模型體積除以重建模型體積變化率得到目標解剖結構模型的校正體積；5）在逆向工程軟件或3D打印支持軟件中，使用面偏置算法對目標解剖結構的重建模型進行向內的面偏置，通過調整面偏置距離使重建模型接近目標解剖結構的校正體積。